Czimber Kornél
TopoLynx Kft., ügyvezető igazgató, czimber.kornel@topolynx.hu
Bevezetés
Az ország 22%-át borító erdeink legértékesebb természeti erőforrásaink, gazdálkodási, védelmi és közjóléti szerepet is betöltenek. Ezért is fontos az erdővagyon és erdőállapot pontos felmérése, amely a folyamatosan korszerűsödő geomatikai eszközöknek köszönhetően időről-időre új felmérési módszerekre ad lehetőséget.
Külföldön egyre több helyen használják a távérzékelt adatokat, különösen a légi lézeres letapogatás adatait erdőbecslésre (Barrett et al. 2009; Andersen et al.
2011), hazánkban is több kutatás folyik (Király et al. 2012). Az új alkalmazások sem tudják nélkülözni azonban a földi referenciaméréseket, légi és földi módszerek megfelelő kombinációját (Köhl et al. 2011). A földi lézerszkennelés is egyre hatékonyabb (Brolly et al. 2013), de fafajt még nem tud meghatározni. Szükség van a földi referenciamunkára. A távérzékelés nagyban tudja segíteni a terepi mintavételi területek kijelölését, amely elengedhetetlen a pontos becsléshez.
Az erdészeti térképezés, térbeli és időbeli tervezés fokozatosan fejlődött a 17.
század óta. Hazánkban az erdészeti térinformatika párhuzamosan alakult ki a hazai térinformatikával. Az 1990-es évek elején Arc/Info, Microstation alapokon történtek kísérletek a Soproni Egyetemen és az Állami Erdészeti Szolgálatnál (Bácsatyai L. – Czimber K. 1996). 1998-ra elkészült az ágazatban széleskörűen használt DigiTerra Map (Bácsatyai L. 2001; Czimber K. – Nyull B. 2004) térinformatikai szoftver, melyet a digitális erdőtérképek előállítására, szakmai tervezésre, térbeli lekérdezésekre, elemzésekre is használtak. A sokoldalú szoftvert az erdőtervezés és több erdőgazdaság napjainkban is használja.
Számos erdőgazdaság használ geoinformatikai megjelenítő szoftvereket, mely
Absztrakt: Ebben a cikkben egy új, távérzékeléssel segített terepi faállományfelvételezési módszer és egy mobil térinformatikai szoftver kerül bemutatásra. A módszer műholdfelvételek és légi lézeres letapogatás alapján határol le homogén területeket, majd annak középpontjában jelöli ki a terepi felvételezés helyszínét. A faállomány-jellemzőket részben a távérzékelt, részben a terepi felvételi adatokból vezeti le. A terepen kerül rögzítésre a faegyed pozíciója, átmérője, fafaja, és a lézeres adatok szolgáltatják a fák magasságát, a fakorona méreteit. A módszer a homogén területek nagysága alapján ad az eddigi fatömegfelvételezési eljárásoknál pontosabb becslést a faállományra. A több platformon futó mobil geoinformatikai szoftver nagyban gyorsítja a terepi felvételezést, amelyet egy ember is el tud végezni egy GNSS vevő, két prizma és egy lézeres távmérő segítségével.
képcsempék és leíró adatok formájában mutatja a geoinformatikai adatokat. Ezek a sok esetben ingyenes megjelenítők nem tekinthetők teljes értékű térinformatikai megoldásnak, ahogy a Google/Bing/Open Street Maps sem, hiszen a geoinformatikai adatok megjelenítésén kívül nem nyújt olyan funkciókat, amelyek a geoadatok térbeli lekérdezését, egyedi tematikus térképek előállítását, fedvények közötti műveleteket, térképszerkesztéseket, topológikus ellenőrzéseket biztosítanák.
A számítógépes hardver is folyamatosan fejlődött. 2003-tól megjelentek a Windows alapú, GPS vevővel szerelt terepi térinformatikai eszközök (Czimber K. 2005). A mobil informatikai fejlődésnek köszönhetően ma már a zsebünkben hordunk olyan tudású számítástechnikai eszközöket, amelyeket pár éve az irodában az asztalon használtunk.
Ezért kezdtünk bele egy olyan fejlesztésbe, amely több platformon fut, valódi térinformatikát valósít meg irodában és terepen egyaránt online és offline módon.
Nemcsak a geoadatok megjelenítésére, hanem bármilyen térbeli döntéstámogatásra, lekérdezésre, terepi adatgyűjtésre, térképezésre használhatjuk. Egy RTK képes GNSS eszközzel akár földmérési feladatokra is.
Anyag és módszer
A távérzékeléssel segített terepi felvételezési módszer bemutatásához egy soproni hegyvidéki területet (Sopron 205C és környezete) használtunk mintaterületként.
A terepi mintavételi helyek kijelöléséhez kidolgoztunk egy módszert, mely távérzékelt adatok alapján határozza meg a homogén faállományrészeket és azok középpontját választja mintavételi helynek. A következő távérzékelt adatforrásokat használtuk: 2013-as Landsat 8 műholdfelvétel 4., 5. és 8. sávját, valamint 2011-ben készült légi lézeres letapogatásból levezetett famagasságmodellt és annak magassági szórását. Az öt rétegen lentről-felfelé területnövesztő képszegmentálással hoztunk létre homogén szegmenseket (Baatz M. – Schäpe A. 2000), hogy a területük átlagosan 1 hektár legyen (1. ábra). A módszerrel biztosítható, hogy a homogén állományrészeket (azonos fafajösszetétel, közel azonos famagasság és magassági szórás) egy egységként kezeljük. A szegmensek középpontjában jelöli ki a módszer a mintavételi pontokat, amelyek a terepen GNSS vevő segítségével felkereshetők. A középponton kívül a terület nagysága fontos jellemző lesz a becslésben.
A mintavételi helyek terepi felvétele az újonnan fejlesztett keresztplatformos terepi szoftverünkkel történt. A topoXpress szoftver jelenleg Windows és Android operációs rendszereken fut. Később újabb platformok támogatása is várható.
A szoftver minden platformon azonos funkcionalitással bír. A programot az új koncepciónak megfelelően teljesen újraírtuk, geoinformatikai része és felhasználói felülete C++ programnyelven íródott, csak egy minimális rész készült platformfüggő nyelven. Számos technológiai újítást vezettünk be az új szoftverben, például 64 bites architektúra, geoadatok tömörített tárolása, 32 bites renderelés, nem eszközhöz kötött
1. ábra Szegmentálás a mintavételi helyekkel
átvihető licencelés, online és offline működés, folyamatos és automatikus mentés, felhőszolgáltatások. A program geoadatok megjelenítésére, navigációra ingyenesen használható.
A topoXpress program többféle elterjedt geoadat fájlformátumot támogat, vektorost és raszterest egyaránt, ezen túl számos online adatforrást is (TMS, WMS).
Korábbi szoftvereink erőssége volt a több ezer vetületi rendszer támogatása, beleértve a dátum és vetületi differenciákat használó vetületeket is (például VITEL). Többféle
2. ábra Terepi adatgyűjtéshez fejlesztett geoinformatikai szoftver
mérési módszer közül választhatunk, használhatunk belső és külső GNSS vevőket.
A szoftver részletes tematikus térképezővel, leíró adatbevitellel, alapértékekkel, ellenőrzésekkel rendelkezik, de ezen felül kitűzési, navigációs és koordinátageometriai funkciókkal (metszések, derékszögű és poláris felmérés, felosztás) is bír. A szoftver képes akár a teljes országos erdőállomány-adatokat egyben kezelni, a tömörített vektoros állomány 148 MB (2. ábra).
A szoftverrel az irodában készítettük elő a terepi felvételezést, a rétegeket, az adatmezőket, a választható kódokat, az alapértékeket, a számított mezőket. A terepi munka ezzel a tervezési és előkészítő lépéssel nagyban gyorsítható.
A terepi mérési módszer úgy dolgoztuk ki, hogy egy ember is el tudja végezni. A terepi részletméréshez lézeres távmérőt használunk (TruPulse 360).
A mintavételi pont közepén két prizmát helyeztünk el (3. ábra, P1, P2), egyiket a mintaterület közepén, mindkettő pozícióját GNSS vevővel bemérjük (Leica 1200).
A faegyedek mellett a két prizmára lézeres távmérővel mérünk és a két mérésből (t1, t2) távolságméréses hátrametszéssel határozza meg a program a részletpont (T) koordinátáit (4. ábra). A faegyedek koordinátáira azért van szükség, hogy a LIDAR adatokból a pontos famagasságot és koronaátmérőt rendeljük hozzá (h, k). Az első lézeres távolság alapján lehatárolható a mintaterület nagysága is (r). A faegyed esetén a fafajt és a mellmagassági átmérőt (d13) kell még a terepen rögzíteni.
A mintaterületek felmérése alapján fafajonként egyszerű arányosítással (szegmens területe/minta területe) meghatározhatók a szegmensek faállomány-jellemzői: törzsszám, átlagátmérő, körlap. Az átlagmagasság a LIDAR adatokból, a fatömeg pedig az átlagmagasság és a körlapból számítható a szegmens területére.
A szegmensek fafajonkénti összesítésével az egész faállományra kapunk becslést.
Összesítés után fafajok elegyaránya is számítható.
3. ábra A felmérési módszer magyarázata
4. ábra Felmérés megvalósítása a szoftver segítségével Eredmények
Kidolgoztunk egy távérzékelési adatok képszegmentálásán alapuló módszert, mely segít a homogén állományrészek elkülönítésében és a mintavételi helyek objektív kijelölésében. A terepi mintavétel eredménye a mintaterület és a szegmensterület alapján skálázható.
Elkészült egy hatékony keresztplatformos térinformatikai szoftver, amely a terepi pont felkeresésében és a faegyedek felmérésében, jellemzőinek rögzítésében segít.
Kidolgozásra került egy geoinformatikai eljárás, amely lézeres távolságméréses hátrametszéssel határozza meg a faegyedek pozícióját, mivel tapasztalatunk szerint az elektronikus iránytűk pontatlanok.
Elkészült egy számítási módszer, mely a mintaterületek alapján a szegmensekre, a szegmensek összesítésével pedig a faállományra ad fatermési adatokat. A törzsenkénti felvétellel összehasonlítva a területi becslési eljárásoknál elvárt pontosságot biztosítja a módszer, a próbakörös mintavétellel összehasonlítva fele annyi mintavételi pontra van szükség. Az eljárás validálására, alapos összehasonlításra ezután kerül sor.
Konklúzió
A geomatikai eszközök és módszerek fejlődése lehetővé teszi újabb, pontosabb és gyorsabb fatömegbecslési eljárások kidolgozását. Erre egy példát mutattunk be, amely több szinten kombinálja a műholdas, légi és a földi méréseket.
A módszer alkalmas faállományok teljes felmérésére is. Célszerű a terepi felvételezést a GNSS mérések miatt lombtalan állapotban elvégezni.
Köszönetnyilvánítás
Köszönetet mondunk a Soproni Egyetem Földmérési és Távérzékelési Tanszékének a referenciaadatokért és a mérőeszközökért.
Felhasznált irodalom
Andersen, H. E. – Strunk, J. – Temesgen, H. (2011): Using Airborne Light Detection and Ranging as a Sampling Tool for Estimating Forest Biomass Resources in the Upper Tanana Valley of Interior Alaska. West. J. Appl. For., 26(4), pp 157–164.
Baatz, M. – Schäpe, A. (2000): Multiresolution Segmentation: an optimization approach for high quality multi-scale image segmentation. In: Strobl, J. and Blaschke, T. (Eds.):
Angewandte Geogr. Informationsverarbeitung XII, Wichmann, Heidelberg, pp. 12–23.
Bácsatyai L. – Czimber K. (1996): Erdészeti térinformatikai alkalmazások, In: Térinformatikai a regionális fejlesztésekben. Debrecen, Magyarország, 1996.01.25–26. Debreceni Agrártudományi Egyetem (DATE), pp. 61–66.
Bácsatyai L (2001): A Föld digitális térképe, CHIP Számítógép Magazin 2, pp. 102–104.
Barrett, T.M. – Andersen, H. E. – Winterberger, K. C. (2009): Integrating field and lidar data to monitor Alaska’s boreal forests. Extending Forest Inventory in Space and Time, May 19–22, Quebec City, Canada.
Brolly G. – Király G. – Czimber K. (2013): Mapping Forest Regeneration from Terrestrial Laser Scans. ACTA SILVATICA ET LIGNARIA HUNGARICA, 9, pp. 135–146.
Czimber K. – Nyull B. (2004): DigiTerra térinformatikai szoftverfejlesztések, In: Márkus B. (szerk.) Térinformatika, NYME Geoinformatikai Főiskolai Kar, Székesfehérvár, pp. 1–11.
Czimber K. (2005): GIS in the Field, In: Simon László (szerk.), Proceedings of the International Scientific Conference: Innovation and Utility in the Visegrad Fours.:
Vol. 1. Environmental management and environmental protection. Nyíregyháza, Magyarország, 2005.10.13–15, pp. 247–252.
Király G. – Brolly G. – Burai P. (2012): Tree Height and Species Estimation Methods for Airborne Laser Scanning in a Forest Reserve. In: Nicholas Coops, Mike Wulder (szerk.) Full Proceedings of SilviLaser 2012: 12th International Conference on LiDAR Applications for Assessing Forest Ecosystems. 492 p. Konferencia helye, ideje:
Vancouver, Kanada, 2012.09.16–19. Vancouver, pp. 260–270.
Köhl, M. – Lister, A. – Scott, C. T. – Baldauf, T. – Plugge, D. (2011): Implications of sampling design and sample size for national carbon accounting systems. Carbon Balance and Management, 2011, 6(10).